CN114262189A - 一种适用于高寒高海拔地区的水泥稳定碎石基层材料及其制备方法 - Google Patents
一种适用于高寒高海拔地区的水泥稳定碎石基层材料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于水泥稳定碎石材料技术领域，本发明公开了一种适用于高寒高海拔地区的水泥稳定碎石基层材料及其制备方法，所述水泥稳定碎石基层材料包括以下重量份的组分：水泥4～8份，早强剂15～20份，水镁石纤维2～8份，水2～5份，石灰岩碎石71～79份。由此材料所形成的水泥稳定碎石基层不但提高水泥稳定碎石基层的早期强度，减少裂缝；而且还能拓宽水镁石尾矿利用途径，保护环境。
Description
技术领域
本发明涉及水泥稳定碎石材料技术领域，更具体的说是一种适用于高寒高海拔地区的水泥稳定碎石基层材料及其制备方法。
背景技术
由于具有强度高，耐久性好，承载力大等优势，水泥稳定碎石材料被广泛应用于各高级路面基层。我国幅员辽阔，青海等高寒高海拔地区具有气温低、温差大、空气湿度低等特点，导致冬季水泥稳碎石基层强度形成缓慢，所以，对水泥稳碎石基层的应用带来严峻挑战。同时，随着公路建设的加速，天然集料等不可再生资源大量消耗，对环境也带来了极大的压力。
另外，虽然在水泥稳碎石基层中添加早强剂可提高水泥、水泥稳定碎石等材料的早期强度，最大程度降低低温等不利因素对水泥稳碎石基层材料的影响，提升水泥稳定碎石等材料在高寒高海拔地区的适用性。但是，早强剂的加入也会产生负面作用，例如，会进一步增加水泥稳碎石基层材料的开裂，严重影响其使用性能。有研究学者发现，水镁石纤维是由水镁石尾矿加工而来，是一种独特的天然碱性矿物纤维，在废弃资源回收利用和保护环境层面具有明显优势，其劈分性能好，抗拉强度大，在增强水泥稳定碎石抗裂性能方面潜力巨大。
因此，如何利用水镁石纤维和早强剂制备出一种适用于高寒高海拔地区的水泥稳定碎石基层材料成为了本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种适用于高寒高海拔地区的水泥稳定碎石基层材料及其制备方法，在水泥稳定碎石基层中掺入早强剂和水镁石纤维，不但提高水泥稳定碎石基层的早期强度，减少裂缝；而且还拓宽了水镁石尾矿利用途径，保护环境。有效避免了低温等不利因素对水泥稳碎石基层材料的影响。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种水泥稳定碎石基层材料，包含以下重量份的组分：
水泥4～8份，早强剂15～20份，水镁石纤维2～8份，水2～5份，石灰岩碎石71～79份。
按照质量百分数计，所述早强剂的化学组成为：SiO2 10％～12％、MgO 1％～3％、Al2O3 12％～15％、Fe2O3 8％～10％、CaO 42％～45％、SO3 14～17％。
按照质量百分数计，所述水镁石纤维的化学组成为：SiO2 1％～3％、MgO 60％～65％，Fe2O3 0.6％～1％、FeO 2％～6％、CaO 0.14％、Na2O 0.06％、K2O 0.17％、Al2O30.27％、H2O 28.1％。
所述水镁石纤维的密度为2.28～2.49g/cm3，单丝抗拉强度为892.4～1283.7MPa。
所述水泥为普硅42.5。
所述石灰岩碎石粒径为9.5～13.2mm。
本发明还提供了上述水泥稳定碎石基层材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将水泥、石灰岩碎石和第一部分水混合制成集料；
(2)将水镁石纤维、早强剂和剩下的水加入到集料中混合，即得水泥稳定碎石基层材料。
所述第一部分水的质量份数为水的总质量份数的1/5～2/5。
所述步骤(1)的混合采用搅拌，搅拌的时间为3～7min，所述步骤(2)的混合采用搅拌，搅拌的时间为2～5min。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本方法将早强剂和水镁石纤维加入水泥稳定碎石基层材料制备出一种适用于高寒高海拔地区的水泥稳定碎石基层材料，在提升水泥稳定碎石基层材料早期强度的同时，还减少了早期开裂的现象；以提高高寒高海拔地区路面水泥稳定碎石基层材料耐久性，从而延长了路面寿命；在缓解了环境压力的同时，拓宽了水镁石尾矿利用途径，从而提升了经济效益。
具体实施方式
本发明提供了一种水泥稳定碎石基层材料，包含以下重量份的组分：
水泥4～8份，早强剂15～20份，水镁石纤维2～8份，水2～5份，石灰岩碎石71～79份。
作为优选，包含以下重量份的组分：水泥5份，早强剂16份，水镁石纤维4份，水3份，石灰岩碎石72份。
作为优选，按照质量百分数计，所述早强剂的化学组成为：SiO2 11.8％、MgO2.6％、Al2O3 14.4％、Fe2O3 9.7％、CaO 44.6％、SO3 16.9％。
作为优选，按照质量百分数计，所述水镁石纤维的化学组成为：SiO2 1.6％、MgO64.06％，Fe2O3 0.8％、FeO 4.8％、CaO 0.14％、Na2O 0.06％、K2O 0.17％、Al2O3 0.27％、H2O 28.1％。
作为优选，所述水镁石纤维的密度为2.3～2.4g/cm3，单丝抗拉强度为900～1200MPa。
水镁石纤维在本发明中的作用：在外力的作用下，水泥稳定碎石会产生裂缝，此时碎石为承受裂缝的主体，导致水泥稳定碎石强度下降。当掺入水镁石纤维时，水镁石纤维成为承受外力荷载的主体，有利于减少裂缝尖端的应力集中，抑制裂缝的扩展，有效缓解了水稳碎石基层的开裂损坏。作为一种碱性矿物矿物纤维，在强碱的环境中具有较好的稳定性，有助于提高水镁石纤维与硅酸盐水泥的相容性和结合强度，起到“加筋”作用，抑制干缩裂缝的形成与扩展。
冻融破坏是通过水-冰相变转化导致体积膨胀引起的混凝土开裂，水镁石纤维的碱性使其与水泥能够具有良好的结合强度。冻融循环会导致基层有不同程度的收缩，而水镁石纤维在水稳碎石产生收缩或膨胀时，可以起到抑制收缩或膨胀的作用。
作为优选，所述石灰岩碎石粒径为10～12mm。
本发明还提供了上述水泥稳定碎石基层材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将水泥、石灰岩碎石和第一部分水混合制成集料；
(2)将水镁石纤维、早强剂和剩下的水加入到集料中混合，即得水泥稳定碎石基层材料。
作为优选，所述第一部分水的质量份数为水的总质量份数的1/5。
作为优选，所述步骤(1)的混合采用搅拌，搅拌的时间为5min，所述步骤(2)的混合采用搅拌，搅拌的时间为3min。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
水泥稳定碎石基层材料的制备方法，包括以下步骤：
按重量份计，将7份水泥、71份石灰岩碎石(粒径为10～12mm)和0.8份水混合搅拌3min制成集料；再将2份水镁石纤维、16份早强剂和3.2份水加入到集料中混合搅拌3min，即得水泥稳定碎石基层材料。
其中，按照质量百分数计，早强剂的化学组成为：SiO2 11.8％、MgO 2.6％、Al2O314.4％、Fe2O3 9.7％、CaO 44.6％、SO3 16.9％。
按照质量百分数计，水镁石纤维的化学组成为：SiO2 1.6％、MgO 64.06％，Fe2O30.8％、FeO 4.8％、CaO 0.14％、Na2O 0.06％、K2O 0.17％、Al2O3 0.27％、H2O 28.1％。
水镁石纤维的密度为2.4g/cm3，单丝抗拉强度为1100MPa。
实施例2
水泥稳定碎石基层材料的制备方法，包括以下步骤：
按重量份计，将6份水泥、71份石灰岩碎石(粒径为10～12mm)和0.6份水混合搅拌5min制成集料；再将4份水镁石纤维、16份早强剂和2.4份水加入到集料中混合搅拌3min，即得水泥稳定碎石基层材料。
其中，所用早强剂、水镁石纤维与实施例1相同。
实施例3
水泥稳定碎石基层材料的制备方法，包括以下步骤：
按重量份计，将4份水泥、72份石灰岩碎石(粒径为9.5～13.2mm)和0.4份水混合搅拌5min制成集料；再将6份水镁石纤维、16份早强剂和1.6份水加入到集料中混合搅拌3min，即得水泥稳定碎石基层材料。
其中，所用早强剂、水镁石纤维与实施例1相同。
实施例4
水泥稳定碎石基层材料的制备方法，包括以下步骤：
按重量份计，将4份水泥、71份石灰岩碎石(粒径为9.5～13.2mm)和0.8份水混合搅拌6min制成集料；再将8份水镁石纤维、15份早强剂和1.6份水加入到集料中混合搅拌3min，即得水泥稳定碎石基层材料。
其中，所用早强剂、水镁石纤维与实施例1相同。
对比例1
水泥稳定碎石基层材料的制备方法，包括以下步骤：
按重量份计，将5份水泥、74份石灰岩碎石(粒径为10～12mm)和1份水混合搅拌3min制成集料；再将16份早强剂和4份水加入到集料中混合搅拌3min，即得水泥稳定碎石基层材料(未添加水镁石纤维)。
其中，所用早强剂与实施例1相同。
对实施例1-4及对比例1所制备的水泥稳定碎石基层材料进行性能测试，按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51-09)，测定其无侧限抗压强度、劈裂强度、收缩特性及抗冻性能，测试结果如表1所示：
表1 水泥稳定碎石的路用性能
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 对比例1 | |
| 无侧限抗压强度/MPa | 4.0 | 4.2 | 4.4 | 4.5 | 3.9 |
| 劈裂强度/MPa | 0.42 | 0.47 | 0.50 | 0.54 | 0.35 |
| 收缩特性/10<sup>-6</sup> | 500 | 98 | 460 | 470 | 1300 |
| 抗冻性能/％ | 0.92 | 0.96 | 0.94 | 0.937 | 0.90 |
由表1可知，水镁石纤维的掺入显著提高了水泥稳定碎石的无侧限抗压强度/MPa、劈裂强度/MPa，抗冻性能/％，并且降低了收缩特性/10-6。说明水镁石纤维的掺入不但确保高寒地区水稳碎石的强度，而且减少水泥稳定碎石的收缩开裂。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种水泥稳定碎石基层材料，其特征在于，包含以下重量份的组分：
水泥4～8份，早强剂15～20份，水镁石纤维2～8份，水2～5份，石灰岩碎石71～79份。
2.根据权利要求1所述的水泥稳定碎石基层材料，其特征在于，按照质量百分数计，所述早强剂的化学组成为：SiO210％～12％、MgO 1％～3％、Al2O312％～15％、Fe2O38％～10％、CaO 42％～45％、SO314～17％。
3.根据权利要求2所述的水泥稳定碎石基层材料，其特征在于，按照质量百分数计，所述水镁石纤维的化学组成为：SiO21％～3％、MgO60％～65％，Fe2O30.6％～1％、FeO 2％～6％、CaO 0.14％、Na2O 0.06％、K2O0.17％、Al2O30.27％、H2O 28.1％。
4.根据权利要求1或3所述的水泥稳定碎石基层材料，其特征在于，所述水镁石纤维的密度为2.28～2.49g/cm3，单丝抗拉强度为892.4～1283.7MPa。
5.根据权利要求1～3任一项所述的水泥稳定碎石基层材料，其特征在于，所述水泥为普硅42.5。
6.根据权利要求5所述的水泥稳定碎石基层材料，其特征在于，所述石灰岩碎石粒径为9.5～13.2mm。
7.权利要求1～6任一项所述的水泥稳定碎石基层材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将水泥、石灰岩碎石和第一部分水混合制成集料；
(2)将水镁石纤维、早强剂和剩下的水加入到集料中混合，即得水泥稳定碎石基层材料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述第一部分水的质量份数为水的总质量份数的1/5～2/5。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)的混合采用搅拌，搅拌的时间为3～7min，所述步骤(2)的混合采用搅拌，搅拌的时间为2～5min。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220401 |
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